基于厘米级无人机影像的水土保持措施精准识别

基于厘米级高分辨率无人机影像,应用面向对象方法(Object-Based Image Analysis, OBIA)对吉林省伊通县椽子沟流域的横坡改垄、地埂植物带、生态恢复乔木林、生态恢复草地等水土保持措施进行自动精准识别。应用超绿指数(Excess Green Index,ExG)、超红指数(Excess Red Index,ExR)、归一化差异指数(Normalized Difference Index,NDI)等光谱指数,形状的主方向、形状指数等形状特征,均值(Mean)、方差(Variance)、对比度(Contrast)等纹理特征进行措施的特征提取。结果表明:研究区水土保持措施识别的总体精度可达91.24%,Kappa系数为0.87;对垄台、垄沟等线性水土保持措施总体精度可达72.33%,Kappa系数为0.63。基于厘米级无人机影像,应用面向对象方法基本可实现对黑土区水土保持措施的精准识别,也可对垄台垄沟等线性措施进行自动识别,研究结果可为水土保持措施实施范围及完好程度的动态监测提供参考依据。     

添加秸秆对不同有机含量土壤酸度及缓冲性能的影响

通过向低（LSOM）、中（MSOM）、高（HSOM）及去除（RSOM）有机质土壤中添加玉米秸秆进行室内培养试验,研究秸秆添加量对不同有机质含量土壤酸度及缓冲性能的影响。结果表明,在15℃恒温培养150天后,土壤pH、交换性盐基离子、CEC和盐基饱和度的含量均随着秸秆添加量的增加而上升,交换性H⁺、交换性Al³⁺含量均随着秸秆添加量的增加而降低;其中,秸秆添加量为10~15 g/kg时,LSOM处理中土壤pH增幅、交换性Al³⁺及交换性H⁺含量减幅最大;秸秆添加量为15~20 g/kg时,在MSOM和HSOM处理中土壤pH增幅及土壤交换性Al³⁺、交换性H⁺含量减幅最大;且HSOM处理添加秸秆后对降低土壤酸度效果最好。土壤中添加秸秆后可明显提高土壤酸碱缓冲能力,且土壤对加碱侧表现出的缓冲区间比酸侧明显;土壤的缓冲容量随秸秆添加量增加而升高,且HSOM处理对酸碱缓冲能力 > MSOM处理 > LSOM处理 > RSOM处理。     

吉林省不同生态区玉米施氮效果与氮肥利用效率差异

整理2005—2013年吉林省"3414"田间试验,选取不施氮和推荐施氮处理数据,研究不同生态区玉米的氮肥施用效果和肥料利用效率现状,探讨区域差异及其影响因素。结果显示,吉林省不同生态区的玉米产量水平差异显著,总体上以中部半湿润平原区最高,其次是东部湿润山区,西部半干旱平原区相对较低。不同生态区玉米施氮效果也存在差异,其中东部最高,施氮的平均增产量与增产率分别为2.44 t hm-2和38.4%,其次为中部(2.40 t hm-2,34.3%),西部则显著偏低(2.21 t hm-2,33.4%)。相比中、西部地区,东部地区玉米的氮肥利用效率显著较高,其平均氮肥农学利用率、偏生产力和肥料贡献率分别为16.6 kg kg-1、65.9 kg kg-1和25.0%。随不施氮处理产量的提高,各生态区施氮处理产量均呈上升趋势而氮肥贡献率呈下降趋势,其中,西部地区的相对变幅较中、东部地区更为明显。可见,应根据区域气候环境条件和施氮响应特征对氮肥进行合理的配置与施用,建议吉林中部地区以维持作物需求为标准适当减少施氮量,东部地区可适度增加施氮量并配合栽培措施以消减光温资源不足对产量的限制,而西部地区应在培肥地力基础上推广高效节水用水技术,发挥水氮耦合效应以促进高产高效。     

吉林省农田耕层土壤pH的时空变化特征

本研究通过分析2005~2013年测土配方施肥项目在吉林省采集的大量土壤样品,明确了不同地区农田耕层土壤pH的空间变异特征,并与第二次土壤普查数据对比探讨了土壤pH的变化趋势。结果表明,目前吉林省农田耕层土壤pH分布在3.8~9.1之间,平均值为6.5。不同类型农田土壤pH的高低顺序为:黑钙土风沙土草甸土黑土白浆土≈暗棕壤水稻土。空间上,吉林省农田耕层土壤呈现自西向东逐渐降低的分布特征,以西部白城市的通榆县最高而东部延边朝鲜族自治州的汪清县最低。时间上,与第二次土壤普相比,吉林省各种土类的pH存在共性的土壤酸化趋势。不同土类间pH的降幅存在较大差异,代表性的黑土下降约0.5个单位,酸化程度较大的草甸土和水稻分别下降了1.4和1.6个单位,而酸化程度较小的白浆土下降了0.1个单位。吉林省农业生产中应控制化肥用量,调整肥料品种,合理增施有机肥,大力推广秸秆还田,从而缓解土壤酸化趋势,改善土壤肥力。     

基于地区和土类的吉林省农田耕层土壤氮素时空变化特征

为明确吉林省农田耕层土壤氮素营养的时空变化特征,基于2005—2013年间测土配方施肥项目测定的土壤全氮和碱解氮数据,分析吉林省不同地区、土类农田耕层土壤氮素养分的空间变异特征,并与第2次土壤普查数据对比,探讨土壤氮素养分的时间变化趋势。结果表明,目前吉林省农田耕层土壤全氮含量为0.4~3.9g/kg,平均为(1.62±0.60)g/kg,碱解氮含量为15~360 mg/kg,平均为(145.0±59.5)mg/kg。不同土类之间全氮和碱解氮含量的高低顺序一致,均以暗棕壤最高,平均分别为(2.02±0.57)g/kg和(190.2±72.80)mg/kg,其后依次为白浆土、水稻土、黑土、草甸土、黑钙土和风沙土;空间变异方面,吉林省农田耕层土壤氮素营养水平呈自东向西逐渐下降的分布特征,全氮和碱解氮含量在县域尺度上存在显著正相关关系;时间变化方面,吉林省农田耕层土壤全氮和碱解氮含量相比第2次土壤普查均呈明显上升趋势,中部地区变化最显著,西部地区变化相对较小。不同土类之间,黑土、黑钙土、草甸土和风沙土呈上升趋势,而暗棕壤、白浆土和水稻土出现下降,其中以风沙土的增加和暗棕壤的下降最明显。综上所述,吉林省农田耕层土壤氮素营养状况在空间上存在显著差异,时间上也发生了巨大变化。建议中部粮食主产区应严格控制作物施氮量以提高氮肥效率,降低环境风险,东、西部地区应因地制宜优化氮肥管理以提升地力,实现增产增效。     

吉林省玉米施肥效果与肥料利用效率现状研究

【目的】本研究通过收集整理2005~2013年国家测土配方施肥项目在吉林省布置的1110个“3414”田间试验,分析了施用氮、磷、钾肥对玉米产量、经济效益的影响,测算了氮、磷、钾肥的利用效率,目的在于明确当前生产条件下吉林省玉米的施肥效果与肥料利用效率,为肥料的合理施用与配置提供依据。【方法】选取玉米“3414”田间试验的处理1（N₀P₀K₀）、处理2（N₀P₂K₂）、处理4（N₂P₀K₂）、处理6（N₂P₂K₂）和处理8（N₂P₂K₀）,分别记为不施肥（CK）、不施氮（-N）、不施磷（-P）、氮磷钾配施（NPK）和不施钾（-K）处理,研究不同施肥处理下的玉米产量、产值、施肥利润和产投比,比较增施氮、磷、钾肥的增产效应以及不同肥料的农学效率、偏生产力和肥料贡献率。另外,分析不施肥处理（缺素处理）玉米产量与相应肥料贡献率之间的关系,并利用模型进行模拟。【结果】不施肥条件下,当前吉林省玉米的平均产量和产值分别为6.6 t/hm2和1.21×103 yuan/hm2。施肥可显著提高玉米的产量和经济收益,其中以NPK处理的玉米产量和施肥利润最高,平均分别为10.1 t/hm2和5.07×103 yuan/hm2,其后分别为-K处理（8.9 t/hm2、3.27×103 yuan/hm2）、-P处理（8.7 t/hm2、2.83×103 yuan/hm2）和-N处理（7.7 t/hm2、1.39×103 yuan/hm2）。在其他养分施用基础上,增施氮、磷、钾肥可平均分别增产2.36 t/hm2（35.1%）、1.39 t/hm2（18.0%）和1.18 t/hm2（14.9%）,平均施肥利润分别为3.68×103、2.24×103和1.80×103 yuan/hm2。当前生产条件下,吉林省玉米在氮磷钾配施条件下的肥料农学效率、偏生产力和肥料贡献率分别为11.4 kg/kg N、32.8 kg/kg和34.7%,而增施氮、磷、钾肥的平均农学效率分别为14.3 kg/kg N、20.5 kg/kg P₂O₅和17.2 kg/kg K₂O,平均偏生产力分别为61.1、146.4和142.4 kg/kg,平均肥料贡献率分别为23.4%、14.1%和11.9%。分析发现,氮磷钾肥配施（或某一肥料）的肥料贡献率随不施肥处理（或相应缺素处理）玉米产量的提高而显著下降,且关系符合对数函数模型,说明提高基础地力可减少对外源肥料的依赖。【结论】吉林省玉米氮磷钾肥的增产效果和肥料利用率相比全国平均水平较高,但仍需重视氮肥管理以稳产增效,继续大力推广平衡适量施肥理念及相应技术,在实现作物增产的同时提高肥料利用效率并促进土壤培肥。     

老化秸秆生物炭对诺氟沙星吸附特性的研究

为研究老化秸秆生物炭的性质及对水中诺氟沙星的吸附特性,本研究将新鲜生物炭进行自然老化、冻融循环老化和高温老化,通过元素分析、扫描电镜和红外光谱分析老化前后生物炭的组成和结构特性变化,研究老化生物炭对诺氟沙星的吸附机理以及pH、离子类型和离子浓度对吸附效果的影响。结果表明：不同老化方式均使生物炭的C元素含量降低,O元素含量显著增加,极性增加,芳香性降低,其中高温老化影响最大。高温老化使生物炭表面的—OH和C=C明显减少,冻融循环老化使—OH数量增加,自然老化对生物炭表面官能团影响较小。老化使生物炭表面破损、孔道塌陷,生物炭上的吸附点位被阻塞,不利于对诺氟沙星的吸附。老化前后生物炭对诺氟沙星的吸附更符合准二级动力学模型,等温吸附拟合发现,Langmuir模型能更好地拟合诺氟沙星在生物炭上的吸附过程。自然老化、冻融循环老化和高温老化分别使生物炭的吸附量降低了5.50%、7.70%、14.80%;在背景液pH 3.0~11.0范围内,老化前后生物炭对诺氟沙星的吸附量随pH增大先升高再降低,当pH为7.0时,吸附量达到最大值。阳离子价态越高,离子浓度越大,老化后生物炭对诺氟沙星的吸附量越小。研究表明,老化对生物炭的理化性质和吸附抗生素的能力均有影响,因此在使用生物炭去除目标污染物时需要考虑环境因素的影响。     

秸秆降解菌对秸秆降解率、土壤理化性质及酶活性的影响

为了解决北方低温地区秸秆难以降解的问题,应用秸秆降解菌剂对秸秆进行快速分解,起到有效利用秸秆资源和提高土壤肥力的作用。通过模拟秸秆还田的培养试验和室内分析相结合的方法,研究对比了3种不同秸秆降解菌在不同培养阶段对玉米秸秆的降解效果以及对土壤理化性质和酶活性的影响。结果表明,添加降解菌能够加快秸秆降解,尤其是施加混合菌剂的处理,在培养100 d时降解率达到了86%,明显高于无菌处理;同时,施入秸秆降解菌显著提高了土壤酶活性,其中脲酶活性的提高最为明显,在培养末期,低温菌剂、常温菌剂和混合菌剂处理的土壤脲酶活性分别是培养初期的1. 2,1. 3,1. 7倍;随着培养时间的延长,过氧化氢酶、转化酶、酸性磷酸酶和纤维素酶的活性均有不同程度的提高,且各个处理的酶活性均显著高于空白对照CK和无菌对照S;各个处理中土壤碱解氮、速效磷、有机质、速效钾、硝态氮、铵态氮含量和pH值随着培养天数的增加均呈现出稳定上升趋势。因此,低温条件下秸秆还田配施降解菌可以明显提高玉米秸秆降解率、改善土壤理化性质和酶活性。     

吉林省玉米推荐施肥指标体系的建立

通过总结2004~2014年间课题组在吉林省开展的田间试验及2005~2013年吉林省玉米"3414"田间肥效和校验试验资料,按土壤养分(播前耕层土壤硝态氮、速效磷、速效钾及10叶期0~90 cm土层土壤硝态氮)含量对土壤进行分级,进一步结合目标产量,初步建立以根层硝态氮调控为核心的总量控制、分期实时实地精确监控的玉米氮肥推荐施肥指标体系以及基于养分平衡和土壤测试的磷、钾肥恒量监控推荐施肥指标体系,为吉林省玉米合理科学施肥提供一定参考。     

不同品种粳稻的锌强化方法研究

通过比较不同锌肥施用方式对不同粳稻品种产量以及稻米锌含量的影响,筛选高效锌水稻品种和最佳锌施用方式。在田间试验条件下,分析9个粳稻品种的稻米产量和锌含量对S(锌肥土施)、SB(锌肥土施结合孕穗期喷施)、SF(锌肥土施结合扬花期喷施)和SBF(锌肥土施结合孕穗期和扬花期喷施)4种锌肥施用方式的响应,结果表明,各水稻品种稻米的锌含量在18.1～29.3 mg·kg~(-1)之间,吉洋1号、吉农大809、吉粳302、吉宏6号、长粳717和稻花香2号为高锌品种,吉农大899为中锌品种,平粳8号和吉粳515为低锌品种。锌肥土施对大多数水稻品种无显著增产作用,不同品种的稻米锌含量在施用锌肥后平均增幅为18.0%;S、SB、SF和SBF处理的稻米锌含量分别较不施锌处理提高了8.3%、17.4%、19.5%和27.0%,但3个喷施处理间的平均锌含量无显著差异。锌肥土施结合叶面喷施能显著提高稻米中的锌含量,不同施用方式的施锌效果因品种而异。选择富锌高产品种,锌肥土施结合适当生育期叶面喷施,可实现增产和稻米锌强化,实现水稻高产优质种植。